2017年巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)：土木工程材料知識(shí)點(diǎn)（21）

　　水泥

　　(1) 硅酸性鹽水泥的主要礦物成分是什么?這些礦物的特性如何?

　　答：硅碳鹽水泥熟料的主要礦物有四種，即：①硅酸三鈣(C3S)、②硅酸二鈣(C2S)、③鋁酸三鈣(C3A)、④鐵鋁酸四鈣(C4AF)，此外，還含有少量的游離氧化鈣(f-CaO)等。

　　四種礦物成分各具不同的特性，如：C3A放熱速度最快，放熱量也最大;其次是C3S、C4AF放熱速度較慢，放熱量C3S大于C4AF;放熱速度和放熱量最小的是C3S。四種單礦物的水化反應(yīng)速度、干縮和耐腐蝕性的規(guī)律同水化放熱量的規(guī)律基本相同。單礦物的強(qiáng)度C3S早強(qiáng)、后強(qiáng)都較高;C2S早強(qiáng)低，后強(qiáng)高;C3A和C4AF的強(qiáng)度均較低。但在水泥混合體中，C3A與C3S混合后，混合體的早強(qiáng)會(huì)比C3S單礦物的強(qiáng)度高。單礦物C4AF與C3S混合后，也有類似的規(guī)律。f-CaO因水化反應(yīng)速度極慢，且水化時(shí)體積膨脹性大，如其含量多，會(huì)對(duì)硬化后的水泥石起破壞作用。

　　(2) 硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物有哪些?水泥石的結(jié)構(gòu)是怎樣的?影響水泥石強(qiáng)度的因素有哪些?

　　答：水泥水化時(shí)產(chǎn)生的水化產(chǎn)物有水化硅酸三鈣凝膠、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸一鈣凝膠及高硫型水化硫鋁酸鈣(AFt)(亦稱鈣礬石),反應(yīng)后期(石膏反應(yīng)完畢后)還有可能生成單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm).

　　硬化后的水泥漿稱為水泥石，水泥石結(jié)構(gòu)主要是由四部分構(gòu)成，即：①凝膠(水化硅酸三鈣及水化鐵酸一鈣，并含膠孔)，②晶體(氫氧化鈣，水化鋁酸鈣、AFt,AFm),③未水化完全的水泥核心，④毛細(xì)孔隙。

　　影響水泥強(qiáng)度的主要因素是：①水泥熟料的礦物質(zhì)成分;②水泥的細(xì)度;③養(yǎng)護(hù)齡期(時(shí)間);④養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度;⑤水灰比大小(即拌和時(shí)用水多少)。

　　(3) 硅酸鹽水泥的腐蝕有哪幾種類型?腐蝕的原因是什么?為什么同是硅酸鹽系列水泥的礦渣水泥耐腐蝕性好?

　　答：水泥石的腐蝕類型有以下四種，即：A.軟水腐蝕(溶出性腐蝕) B.離子交換腐蝕(溶解性腐蝕) C.膨脹性腐蝕 D.堿的腐蝕。

　　引起水泥石腐蝕的原因：外部因素是外界環(huán)境介質(zhì)(水、液、氣)中含有腐蝕性成分和水泥制品本身的密實(shí)性較差;內(nèi)部因素是水泥石中含有容易被腐蝕的物質(zhì)，如Ca(OH)2、3CaO·Al2O·6H2O。

　　礦渣硅酸鹽水泥因摻有大量(20%~70%)的�；�高爐礦渣，水泥熟料成分相應(yīng)減少，水化生成的Ca(OH)2和3CaO·Al2O·6H2O易腐蝕成分相應(yīng)減少，并由于二次水化時(shí)Ca(OH)2與礦渣中的活性成分相結(jié)合生成水化硅酸鈣和水化鋁酸等新物質(zhì)，故其抗軟水侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕性增強(qiáng)。

　　(4) 在生產(chǎn)硅酸鹽水泥時(shí)摻入石膏起什么作用?硬化后多余的石膏會(huì)引起什么現(xiàn)象發(fā)生?

　　答：純水泥熟料磨細(xì)后，與水作用時(shí)水化反應(yīng)速度快，凝結(jié)時(shí)間很快，不便引用。為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，在磨細(xì)水泥熟料的同時(shí)加入適量石膏，石膏與反應(yīng)速度快的C3A的水化物3Cao·Al2O3·6H2O作用，生成難溶的水化硫鋁酸鈣(即鈣鋇石AFt)晶體，覆蓋于未水化的C3A 周圍，阻止其繼續(xù)快速水化，起到費(fèi)用減緩的作用。

　　水泥漿結(jié)硬后，如有多作的石膏，石膏會(huì)與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2和固態(tài)3Cao·Al2O3·6H2O繼續(xù)作用，再生成水化硫鋁酸鈣針狀晶體(俗稱水泥桿菌)，其體積膨脹增大，會(huì)對(duì)硬化后的水泥石起到膨脹破壞的作用。

　　(5) 如何檢驗(yàn)水泥的安定性?

　　答：水泥熟料中如含有過(guò)多的游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)(在施工之前相關(guān)部門著重檢查的內(nèi)容即是兩種物質(zhì)的含量)，均會(huì)造成水泥體積安定性不良。

　　檢驗(yàn)水泥的安定性，按國(guó)家規(guī)定進(jìn)行。由f-CaO引起的，可用沸煮法檢測(cè)。沸煮法又分為試餅法和雷氏法兩種，當(dāng)兩種檢測(cè)發(fā)生爭(zhēng)議時(shí)，以雷氏法為準(zhǔn)。

　　試餅法是用標(biāo)準(zhǔn)稠度的江澤民漿制成的試餅，放在標(biāo)桿條件(濕度(20±3)℃，濕度90%)下，養(yǎng)護(hù)(24±3)h,試餅置于沸煮箱中沸煮3h后，取出試餅?zāi)繙y(cè)其外觀，若發(fā)現(xiàn)試餅龜裂或翹曲，即為安定性不合格，反之為合格。雷氏法是測(cè)定水泥漿體在雷氏夾中沸煮后的膨脹值，當(dāng)兩個(gè)試件煮沸后的膨脹值的平均值不大于5.0mm時(shí)，即為安定性合格，反之則不合格。

　　由f-MgO引起的安定性不良，需用壓蒸法才能檢驗(yàn)。由于不便于快速檢驗(yàn)，因些，按國(guó)標(biāo)規(guī)定，水泥中的f-MgO含量不得超過(guò)5%，當(dāng)壓蒸實(shí)驗(yàn)合格時(shí)，可放寬到6%。

　　(6) 什么叫活性混合材料?其硬化的條件是什么?

　　答：活性混合材料是指具有火山灰性或潛在水硬性，或者有火山灰性和潛在水硬性的礦物質(zhì)材料。

　　其硬化條件是：使用它們時(shí)必須加入堿性激發(fā)劑Ca(OH)2或硫酸鹽激發(fā)劑CaSO4·2H2O。

　　火山灰性，是磨細(xì)的上述礦物料加水拌成漿體，單獨(dú)不具水硬性，但在常溫下加入少量石灰Ca(OH)2與之拌成漿體，能形成具有水硬性化合物的性能。如火山灰、粉煤灰等。

　　潛在水硬性，是磨細(xì)的上述礦物料，只需加入少量激發(fā)劑的激發(fā)條件下，即可利用自身溶出的化學(xué)成分，生成具有水硬性的化合物的性能，如�；�高爐礦渣。

　　(7) 鋁酸鹽水泥的熟料與硅酸鹽水泥的熟料有何區(qū)別?兩種水泥的性質(zhì)有何不同?

　　答：高鋁水泥的熟料與硅酸水泥熟料的區(qū)別，是兩種熟料的礦物成分不完全不同，前者的主要礦物成分是：鋁酸一鈣(CA)、二鋁酸一鈣(CA2)、硅鋁酸二鈣(C2AS)、七鋁酸十二鈣(C12A7)、少量的硅酸二鈣(C2S)，后者的礦物成分見第(1)題答案所述。

　　兩種水泥的性質(zhì)截然不同，二者進(jìn)行比較則鋁酸鹽水泥的性質(zhì)是：凝結(jié)硬化快(一天強(qiáng)度可達(dá)到三天強(qiáng)度的80%以上)、水化熱大(且集中于早期)、抗硫酸鹽性能強(qiáng)、耐熱性能好(高溫下可產(chǎn)生燒融)、耐堿性差(遇堿后強(qiáng)度下降)，而硅酸鹽水泥均不具備以上各種性能。

　　(8) 在下列的混凝土工程中應(yīng)分別選用哪種水泥，并說(shuō)明理由

　　A. 緊急搶修的工程或軍事工程

　　B. 高爐基礎(chǔ)

　　C. 大體積混凝土壩和大型設(shè)備基礎(chǔ)

　　D. 水下混凝土工程

　　E. 海港工程

　　F. 蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土預(yù)制構(gòu)件

　　G. 現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件

　　H. 高強(qiáng)混凝土

　　I. 混凝土地面和路面

　　J. 冬季施工的混凝土

　　K. 與流水接觸的混凝土

　　L. 水位變化區(qū)的混凝土

　　M. 耐熱接觸的混凝土

　　N. 有搞滲要求的混凝土

　　答：根據(jù)教材中所述各種水泥的性質(zhì)及其應(yīng)用范圍，以上各項(xiàng)混凝土工程中，應(yīng)分別選用的水泥為：

　　A. 選用高鋁潺潺經(jīng)，快硬水泥。應(yīng)該兩種漂泊異鄉(xiāng)硬化快，早強(qiáng)高，3d齡期的強(qiáng)度即等于同等級(jí)其他水泥28d齡期的強(qiáng)度。

　　B. 選用礦渣硅酸鹽水泥、高鋁水泥。因該兩種水泥的耐熱性都很好。

　　C. 選用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、水工硅酸鹽水泥中的低熱礦渣水泥、中熱硅酸鹽水泥張低熱徽膨脹水泥經(jīng)，因這些水泥水華時(shí)放熱量都很小。

　　D. 選用礦渣水泥、火山灰水泥經(jīng)、低熱礦渣水泥、中熱硅酸鹽水泥張低熱徽膨脹水泥，因這些水泥分別具有抗?jié)B性好、水化熱低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

　　E. 最好選用高鋁水泥張抗硫酸鹽水呢，也可選用礦渣水泥經(jīng)、復(fù)合水泥，因這些水泥的抗硫酸鹽侵蝕性好。

　　F. 選用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和砌筑水泥，因這些水泥的蒸氣養(yǎng)護(hù)效果好，蒸養(yǎng)有利于這些水泥的二次水化反應(yīng)。

　　G. 選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥，因這些水泥的凝結(jié)硬化快、強(qiáng)度高。

　　H. 選用硅酸鹽水泥、高鋁水泥、快硬硅酸鹽水泥，因這些水泥硬化快、強(qiáng)度都很高。

　　I. 選用硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥，因這些水泥的強(qiáng)度高，特別是抗折強(qiáng)度高，很適合道路工程的要求。

　　J. 選用硅酸鹽水泥、高鋁水泥、快硬硅酸鹽水泥，因這些水泥水化快，水化熱多，硬化快，有利于四委施工。

　　K. 選用礦渣水泥、火山灰水泥，粉煤灰水泥，因這些水泥水化后所含的Ca(OH)2成分少，抗軟水侵蝕能力強(qiáng)。

　　L. 選用強(qiáng)度等級(jí)大于42.5的普通硅酸鹽水泥，因該水泥水化后的Ca(OH)2成分相對(duì)比硅酸鹽水泥少，強(qiáng)度又要求在42.5以上，能適應(yīng)工程的要求。

　　M. 選用礦渣水泥、高鋁水泥，因這兩種水泥的耐熱性能都很好。

　　N. 選用火山灰水泥，因這種水泥的抗摻性特好。

　　對(duì)于特種水泥的了解與掌握，此書不做過(guò)多要求，只要有所了解即可，只需掌握六大通用水泥，即硅酸鹽水泥(Portland水泥)、普通硅酸鹽水泥、火山灰水泥、高爐�；�礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合水泥的相關(guān)性質(zhì)以及應(yīng)用即可。

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